import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import numpy as np

# 1. 创建线性回归模型类
class LinearRegressionModel(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(LinearRegressionModel, self).__init__()
        self.linear = nn.Linear(1, 1)  # 1个输入特征，1个输出

    def forward(self, x):
        return self.linear(x)

# 2. 生成训练数据
area = np.array([1000, 1500, 1800, 2400, 3000], dtype=np.float32).reshape(-1, 1)  # 房屋面积（平方英尺）
price = np.array([250000, 300000, 350000, 500000, 600000], dtype=np.float32).reshape(-1, 1)  # 房价

# 标准化房屋面积
area = area / 3000  # 假设最大面积为3000平方英尺

# 转换为 PyTorch 张量
x_train = torch.from_numpy(area)
y_train = torch.from_numpy(price)

# 3. 实例化模型、定义损失函数和优化器
model = LinearRegressionModel()
criterion = nn.MSELoss()  # 均方误差损失函数
optimizer = optim.SGD(model.parameters(), lr=0.001)  # 学习率调低

# 4. 训练模型
epochs = 1000
for epoch in range(epochs):
    # 前向传播
    outputs = model(x_train)
    loss = criterion(outputs, y_train)

    # 反向传播
    optimizer.zero_grad()  # 清零梯度
    loss.backward()  # 计算梯度
    optimizer.step()  # 更新权重

    # 每100次输出一次损失值
    if (epoch + 1) % 100 == 0:
        print(f'Epoch [{epoch+1}/{epochs}], Loss: {loss.item():.4f}')

# 5. 保存训练好的模型
torch.save(model.state_dict(), 'linear_regression_model.pth')
print("模型已保存！")

# 6. 加载模型并进行预测
loaded_model = LinearRegressionModel()
loaded_model.load_state_dict(torch.load('linear_regression_model.pth'))
loaded_model.eval()  # 设置为评估模式

# 进行预测
new_area = torch.tensor([[2500 / 3000]], dtype=torch.float32)  # 假设新房屋面积为2500平方英尺，标准化处理
predicted_price = loaded_model(new_area)
print(f"Predicted price for area 2500 sq.ft: ${predicted_price.item():,.2f}")
